[发明专利]一种利用阳离子纤维素衍生物改性造纸填料的方法

说明书

本发明涉及一种利用阳离子纤维素衍生物改性造纸填料的方法。首先在氢氧化钠/尿素体系中利用阳离子醚化剂与纤维素发生均相反应获得阳离子纤维素衍生物，随后将填料加入反应体系中,充分混合均匀后喷洒环氧氯丙烷继续反应，反应结束后将改性填料洗涤、干燥、研磨即可。本发明可以便捷地对造纸填料进行改性，并可以根据用途调节改性填料的表面电荷密度。应用改性填料可以大大提高填料留着率，改善加填纸张的强度性能，节约助留助滤剂和增强剂用量。

技术领域

本发明涉及一种利用纤维素基功能材料对造纸填料进行改性的方法，属于制浆造纸技术领域。

背景技术

在当前人类社会越来越重视绿色制造、保护环境、可持续发展的背景下，纸张的生产正在朝着低定量、高加填量、高强度、低成本的方向发展。向浆料中加填廉价的无机填料可以有效降低纸张的生产成本，改善浆料滤水性，改善纸张的不透明度、白度、光泽度、平滑度、透气度以及印刷适应性等，或赋予纸页某些特殊的性能。填料已成为造纸工业中的第二大原材料。然而，纸浆纤维与填料粒子表面均带有负电荷，在抄纸过程中填料粒子难以留着在纸页中，必须借助于助留助滤剂的作用提高其留着率，但仍有一部分填料会随抄造白水流失。而且，纸浆纤维与无机填料之间天然的理化性质差异使得留着在纸页中的填料会妨碍纤维与纤维间的结合，降低加填纸张的物理强度，纸张在印刷过程中也常会出现掉毛掉粉等现象。对填料进行改性是解决上述问题的有效措施之一。通过对填料进行改性可有效提高填料留着率，消除加填对纸张强度性能的负面影响，提升纸张的质量。

填料改性是利用某些具有特殊性能的物质作为改性剂来处理填料粒子，使填料粒子的表面形态、化学组成或结构发生改变，同时赋予填料粒子一些特殊性能。根据改性目的，可采用有机物或无机材料对填料进行改性。采用有机物对填料进行包覆改性是提高填料可留着性、降低填料对纸张强度的不利影响的重要途径。可用于填料包覆改性的材料既要容易包覆并固着在填料表面，还要与纸浆纤维具有良好的结合能力，而且包覆于填料表面后在抄纸过程中不能易溶于水。可选用的造纸填料表面包覆改性的改性剂有淀粉及其衍生物、甲壳素或壳聚糖、纤维素及其衍生物等。

利用淀粉的衍生物—阳离子淀粉对填料进行改性，其效果优于淀粉，参见王慧萍,张光华，来智超，申毅.阳离子淀粉改性碳酸钙填料的制备及在高填纸中的应用[J].中国造纸,2010,29(1):5-8。中国专利文件CN103614944A公开了一种改性填料的制备方法，其包括如下步骤：将填料粉末和阳离子淀粉混合均匀，其中阳离子淀粉与填料的绝干质量比介于1：0.01与1：100之间；加入交联剂和水混合均匀形成混合物，控制混合物的温度达到阳离子淀粉的糊化温度并保持搅拌直至混合物变成粘稠状，其中交联剂的质量为阳离子淀粉质量的5％～60％。但是，采用阳离子淀粉对填料进行改性，由于淀粉化学反应的特点难以获得高取代度的阳离子淀粉，现有的所谓高取代度阳离子淀粉产品的取代度也只有0.5左右，较低取代度的阳离子淀粉很难赋予改性填料较高的阳电荷密度，难以满足填料改性后在纸张中高留着率的要求。

纤维素及其衍生物以其与纸浆纤维间更好的相容性和亲和力，成为应用潜力最大的填料包覆改性材料。纤维素是植物纤维原料细胞壁的主要成分，是可生物降解的、可再生的、取之不尽、用之不竭的天然高分子。开发利用自然界中储量最丰富的纤维素资源可以解决工业利用淀粉存在的与人争夺粮食的弊端。利用纤维素对填料进行包覆改性可显著改善纸张的强度性能。然而，由于纤维素分子本身呈负电性，直接利用天然纤维素作为填料的改性剂，不利于其在填料表面的吸附，且改性后填料仍呈负电性，不利于填料在纸张中的留着，仍然必须借助助留剂的作用才能保证填料在纸张中的留着率。利用纤维素的活性羟基将纤维素进行化学改性，制成具有特定功能的纤维素衍生物，用于填料的包覆改性以改善填料与纸浆纤维间的结合力有非常重要的实用价值。

中国专利文件CN103343480A公开了一种改性填料，其含有填料、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺，其中阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，羧甲基纤维素结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒。